Problém cyklického vesmíru - různé délky cyklů

Podstatu cyklického modelu vesmíru lze přirovnat ke způsobu, kterým pracuje spalovací motor. Jelikož mluvíme o cyklu, v zásadě nezáleží na tom, kterou jeho částí začneme. Pojďme tedy za počátek zvolit třeba velký třesk.

Sdílet

V případě motoru to bude okamžik, kdy jiskra z elektrické svíčky zapálí směs benzinu a vzduchu ve válci. Vzniklé plyny o vysokém tlaku a teplotě začnou expandovat a odtlačovat píst. Vnitřní objem válce poroste do chvíle, kdy píst dosáhne horní úvratě a začne se vracet zpátky. Nakonec zůstane ve válci jen nepatrný prostor, do něhož se vstříkne nové palivo, a zážeh vzápětí zahájí nový cyklus. Oscilující vesmír, podobně jako plyn ve válci motoru, se zas a znovu rozpíná a smršťuje v cyklu poháněném zážehem v podobě opakovaného velkého třesku.

Vesmírné cykly

Na představě oscilujícího vesmíru je cosi velmi uspokojujícího. Není třeba pouštět se do složitých debat o inflaci. Nový vesmír stvořený po velkém kolapsu následným velkým třeskem může jednoduše vycházet ze svého předchůdce. Jestliže byl minulý vesmír homogenní, plochý a plný galaxií, jeho potomek by tyto vlastnosti zdědil. Uniformita a plochost vesmíru by se tak mohly šířit z generace na generaci a nemusely by vznikat z ničeho, jak vyžaduje koncept velkého třesku.

Cyklický model mimo jiné vyžaduje, aby hnací síla vesmírné expanze – temná energie – s časem dostatečně zeslábla a umožnila tak gravitaci převzít vládu. Tím by se rozpínání změnilo v kontrakci. Takový předpoklad ovšem není přitažený za vlasy o nic více, než všechny ty hypotézy, které se nepřestávají vršit, aby udržely při životě model velkého třesku s inflací.

V oscilujícím vesmíru je snadné zodpovědět otázku „Co bylo před velkým třeskem?". Tady si musíme uvědomit, že skutečný velký třesk, jako okamžik stvoření času i prostoru, v tomto modelu nenastává. V každém případě však tento model před velkým křachem a třeskem předpokládá vesmír velmi podobný tomu našemu, jehož struktura ovlivnila to, jak se uspořádal náš vesmír. Mezi prvními propagoval cyklický či oscilující vesmír Robert Dicke, jehož jsme poznali jako jednu z vůdčích postav raného výzkumu kosmického reliktního záření. Nehodlal se totiž smířit s bezradným krčením ramen, které bylo jedinou odpovědí na otázku, proč by vůbec mělo k velkému třesku dojít.

Vesmírný svoz odpadků

Dicke usiloval o model, který nevznikl v nějaké nahodilé chvíli (nebo dokonce spolu s časem), ale který by vysvětloval, proč nastal velký třesk a co bylo před ním. Dickeho obraz cyklicky se opakujícího vesmíru byl velmi elegantní, ale vyplývaly z něj jiné problémy. Jedním z nich byl „svoz odpadků".

Ukázalo se, že George Gamow se mýlil, když se domníval, že veškeré chemické prvky vznikly už při velkém třesku. V současnosti vše nasvědčuje tomu, že v prvních okamžicích vesmíru se zformovalo pouze několik nejlehčích prvků, zatímco všechny zbývající vznikly ve hvězdách a při explozích supernov.

Z hlediska standardní teorie, v níž jsou velký třesk i následný vývoj vesmíru jedinečné, žádná potíž nevzniká. V případě Dickeho cyklického modelu je však situace jiná. Před libovolným velkým křachem by v končícím vesmíru mělo být zastoupeno celé spektrum prvků, podobně jako dnes. Kam se ale všechny poděly, když se vesmír posunul od velkého křachu k následnému velkému třesku? Jak je možné, že nový vesmír neobsahoval už od samého počátku všechny prvky, které známe?

Podle Dickeho názoru mohly teplota a tlak při velkém křachu dosáhnout dostatečně drastické úrovně, aby se jádra atomů rozpadla na základní částice. To by ale nešlo jen tak. Vždyť ani ve hvězdách se atomy nerozpadají, naopak v nich vznikají. Aby se jádra začala štěpit, musely by panovat mnohem extrémnější podmínky než v nitrech hvězd. Dicke ovšem věřil, že přechod od velkého křachu k velkému třesku by byl tak pekelný, že by ke štěpení jader docházet mohlo.

Kosmický úklid nepředstavoval jedinou potíž spojenou s cyklickým modelem. Můžeme zmínit kupříkladu ošemetnou situaci ohledně pravděpodobné singularity při velkém třesku. Nebo se můžeme vrátit ke spalovacímu motoru z úvodu této kapitoly. Dokonale účinný motor neexistuje,

nelze sestrojit perpetuum mobile, jež by přeměnilo veškerou dodanou energii v pohyb, něco takového by odporovalo druhému termodynamickému zákonu. Ale pokud by měl oscilující vesmír běžet navždy, znamenalo by to, že jde buď o perpetuum mobile, anebo že mu postupně dojde energie a zastaví se.

Žádný věčný pohyb

Podrobíme-li model oscilujícího vesmíru důkladnější analýze, odhalíme při pohledu zpět v čase jistý zádrhel. Jak vesmír narůstá, celkové množství záření v něm roste. To se pak společně s prostorem smrští ve velkém křachu.

Při následujícím velkém třesku tak bude nový vesmír obsahovat více záření, než měl ve stejné vývojové fázi jeho předchůdce. Čím více záření, tím déle trvá, než se prostor přestane rozpínat a začne stadium kontrakce. Každý další cyklus tak evidentně trvá o něco déle.

Teď už jen stačí sledovat vesmírné oscilace směrem do minulosti. Jestliže ve směru plynutí času délka oscilací postupně roste, musí se v opačném směru zkracovat.

Pak se ale docela dobře může stát, že součet délek života všech minulých vesmírů bude vyjádřen konečným číslem a existuje tak hraniční okamžik, v němž se objevil úplně první vesmír. Každý předcházející by totiž měl nulovou délku trvání. Ale co to znamená? Ano, opět jsme narazili na skutečný počátek celého vesmíru. Vrací se nám stejný problém, který vadil mnohým na velkém třesku: vesmír, který vzniká bez zjevné příčiny.

Tento text je úryvkem z knihy

Brian Clegg: Před velkým třeskem - Prehistorie vesmíru

Argo a Dokořán 2011

O knize na stránkách vydavatele

Další články z rubriky

Související články

Tagy

velký třesk · inflace · kosmologie

pridat Linkuj | Jagg | Delicious | Facebook | vybrali.sme.sk

Komentáře

04.08.11, 08:35 SashaCZ

SashaCZ

Naprostý souhlas...

Jinak doporučuji knížku Od Grygara "Vesmír, jaký je"

04.08.11, 07:48 MartinP

to SashaCZ

To nechápe nikdo, viz třeba "velký třesk" na české Wikipedii. :-)

04.08.11, 05:49 SashaCZ

SashaCZ

Souhlas, přesně tak to myslím.

Ale ten vznik (i zánik) je v tu v chvíli, kdy je vesmír nekonečně malý.
Přece, dokud má vesmír nějakou (ikdyž malou) velikost, stále existuje.

Pořád ale nechápu změnu teploty a tlaku z nekonečné na konečné při velkém třesku.

03.08.11, 22:16 MartinP

to SashaCZ

Myslím, že teorie velkého třesku tvrdí, že vesmír vzniknul celý v jediný okamžik, a pak už se jen roztahoval (viz známý příměr s nafukujícím se balónkem). A velký křach se bere jako přesný opak velkého třesku, tj. vesmír se zmenšuje, až v jeden okamžik celý naráz zanikne.

03.08.11, 14:11 SashaCZ

RE: Proč singularita

Ale nesmrskne se v jeden okamžik. Přece se zmenšuje z nějaké velikosti miliardy (dle teorie) let.

Velký třesk zase začal v nekonečně malém bodu, tak to vlastně muselo být najednou. Ale "najednou" byl jen ten počátek.

03.08.11, 13:37 MartinP

RE: Proč singularita

Pokud vím, tak hypotéza velkého třesku právě toto tvrdí - vesmír vzniknul v jediném okamžiku a (viz poslední věta článku) bez zjevné příčiny. A teorii cyklických vesmírů rozumím obdobně - celý vesmír se smrskne do jednoho bodu, resp. do velmi malých rozměrů, a pak zase celý expanduje.

Tyto "oficiální" teorie mi připadají značně "vykonstruované", asi aby se dobře počítaly. Ale to je pak jen matematika, žádná fyzika.

Osobně mi připadá pravděpodobnější "věčný" (ale ne statický, naopak velmi dynamický) vesmír se složitou topologií a geometrií, který se neustále převaluje sem a tam. V takovém vesmíru je velký třesk jen lokální jev, který může vznikat např. když se prostor (spolu s hmotou) "protlačuje" úzkým tunelem z jedné části vesmíru do druhé.

Ale to jsou jen takové představy na úrovni brainstormingu, na pár řádcích se nedají vysvětlit, ale hlavně se nedají (stejně jako velký třesk) prokázat. Mne by zajímalo, jestli mají nějakou evidentní slabinu, která mohla způsobit, že se prosadila hypotéza velkého třesku, a ne toto. Protože si nemyslím, že jsem první nebo jediný, koho takovéhle představy napadly.

Možná bych teorii velkého třesku připodobnil k planetárnímu modelu atomu, kde si stále většina lidí myslí, že okolo jádra obíhají elektrony jako kuličky. Nebo k prvnímu matematickému modelu atomu vodíku, který se sice dobře počítal a vycházel, ale pro větší atomy byl k nepoužití. Prostě, velký třesk se ujal, protože se dal snadno představit a byl novinářsky zajímavý - jako velké bum.

03.08.11, 10:33 SashaCZ

RE: Proč singularita

Aha, tak s tou setrvačností jsem se zmýlil. Domníval jsem se, že si myslíte, že setrvačnost způsobí zhroucení.

Kde se píše, že vesmír zanikne během jednoho okamžiku? Teď jsem článek přelít očima a píše se, že se (možná) vesmír bude zhušťovat, až se zhroutí vinou vlastní gravitace do jednoho bodu...

03.08.11, 09:37 MartinP

RE: Proč singularita

Pro začátek: netvrdil jsem, že setrvačnost stačí ke zhroucení, ale naopak že setrvačnost ZABRÁNÍ zhroucení. Hmoty se gravitací budou přibližovat, ale pak se minou a zase se začnou vzdalovat. Jako s tou (mojí) gumičkou.

Ale díky vaší poznámce se srážkou planet jsem si uvědomil díru ve svých úvahách. Gravitačně nahuštěná hmota se nebude míjet, nýbrž navzájem srážet, čímž bude přicházet o kinetickou energii, která by jí umožnila se zase od sebe vzdálit.

Nicméně to stále nevysvětluje, proč by se měl vesmír zhroutit celý naráz v jeden okamžik (nebo jako velký třesk v jeden okamžik vzniknout). A ne postupně, což mi připadá "pravděpodobnější".

03.08.11, 06:27 SashaCZ

SashaCZ

RE: Proč singularita (oprava)

MarekP psal, že by žádná síla nedokázala zastavit zhroucení gravitací a vy jste odpověděl, že k tomuto ZHROUCENÍ stačí jen setrvačnost.
...

03.08.11, 06:26 SashaCZ

RE: Proč singularita

MarekP psal, že by žádná síla nedokázala zastavit zhroucení gravitací a vy jste odpověděl, že k tomuto stačí jen setrvačnost.
Pokud by se srazili např. dvě planety, není dost síly na to, aby se zhroutili do sebe a vznikla černá díra. Prostě atomy se k sobě blíž než na "obyčejnou" vzdálenost nedostanou.
pokud by hmoty bylo víc, atomy se dostanou blíže k sobě díky vlastní gravitaci.

Jestli vznikne černá díra záleží hlavně na množství hmoty a tím i na velikosti gravitace.

Jinak s tou gumou.
To co popisujete je jako výbuch supernovy. Vyhořelá hvězda se hroutí vlastní gravitací do sebe, ale gravitace není dost silná na to, aby hmotu udržela. A když vnější slupka hvězdy narazí na velmi stlačené jádro, odrazí se od něj pryč. To je ten výbuch.

Kdyby jste měl gumu tak těžkou, že by váha gumy, která se pohybuje k již smrštěné části gumy, překonala její sílu, která působí roztahování, tak se taky může stát, že se guma neroztáhne, ale váha ostatní gumy jí rozdrtí.

02.08.11, 21:52 MartinP

RE: Proč singularita?

> Neexistují jen gravitační (přitažlivé) síly, ale i odpudivé...

To je sice pravda, ale jak to souvisí s odpovědí na můj dotaz?
Existují totiž také různé zákony zachování (hybnosti, energie,...), a ty nezávisí na druhu síly, ani na tom, zda je přitažlivá či odpudivá.

02.08.11, 21:15 SashaCZ

RE: Proč singularita?

Setrvačnost by nestačila. Neexistují jen gravitační (přitažlivé) síly, ale i odpudivé...

02.08.11, 14:02 MartinP

RE: Proč singularita?

K tomu přeci nepotřebuji žádnou sílu, stačí setrvačnost, nebo snad ne?

Je mi sice známo, že když se hmota moc přiblíží černé díře, tak už kvůli zakřivení prostoru neunikne (jak by se to stalo třeba v newtonovské mechanice), ale černá díra není moc dobrý model velkého třesku. Protože není jednobodová a velký kus vesmíru je stále vně černé díry. Kdežto velký třesk údajně pohltí (tedy opačně - vyvrhnul) celý vesmír.
Naráz.
Proč naráz?

01.08.11, 15:43 MarekP

RE: Proč singularita?

Do singularity by se dostal proto, protože žádná síla by nedokázala zastavit hroucení zbůsobené gravitací.

28.07.11, 15:03 Wrunx

To vyjádření

o nemožnosti existence "vesmírného" perpetua mi přijde podezřelé. On 2 TZ nějak započítává tvorbu vlastního časoprostoru a případných svinutých dimenzí? Obávám se že ne. A úvaha s rostoucím množstvím záření mi taky přijde podivná. Vyzářit jde jen daný objem energie, je dočista jedno jestli bude energie v záření nebo jiné formě, celkový en. součet se nezmění. Nebo vzniká energie jen tak z ničeho nic? Pak by asi bylo na místě přehodnotit i první TZ :-)

28.07.11, 10:58 MartinP

Proč singularita?

Není mi jasné, proč by měl Vesmír vůbec projít jednobodovou singularitou. Když natáhnu a pustím gumičku, ta také napřed vypadá, že se smrskne do jednoho bodu. Ale nakonec se ukáže, že každá část gumičky se smršťuje mírně různou rychlostí, a tak zatímco se některé části gumičky stále ještě smršťují, jiné už minimem prošly a znovu se setrvačností natahují. Proč by to s Vesmírem mělo být jinak?

Proč se ta hypotéza Velkého třesku tak ujala, když vůbec neodpovídá našim zkušenostem? Asi právě proto, že je tou odlišností tak zajímavá.

Napsat vlastní komentář

Pro přidání příspěvku do diskuze se prosím přihlašte v pravém horním rohu, nebo se prosím nejprve registrujte.

Science World